手进入水中再拿出来为什么会有水粘在手上

2019-11-08 20:52:50

没想到这个问题竟然得到这么多人的关注,自己的随手回答也被指出回答的太过宽泛。特地补充一下之前的回答。为了展示题主所说的现象,我用自己家里拌凉菜的盆子做了实验,视频如下所示:https://www.zhihu.com/video/978606190532489216可以看出,手从水中拿出来时,部分水由于重力的作用下会顺着手重新流入到水中,但是有一部分水会留在手面和手背上,呈液滴状分布。题主问的是,为什么会有部分水粘在手上?很明显,水粘在手上是由于水与手上的皮肤的黏附力大于这部分水的重力引起的,使水可以抵抗重力的作用而保留在手上。这就变为了手上皮肤与水的黏附力问题,即水与固体表面的黏附问题。水与固体表面的黏附是和固体的表面能有关的。在表面平整的固体表面上,固体的表面能越大,其表现的越亲水,即与水的黏附力越大。固体的表面能越小,其表现的越疏水,与水的黏附力会越小。亲水的表面一般有羟基、羧基、氨基等,疏水的表面有氟、氯、碳支链等基团。有评论说疏水高粘附的界面也会存在,然而这是具有特殊微纳米结构的表面,比如玫瑰花瓣等,这类的界面对微结构的几何性质要求较高。而通常的情形下,微纳米结构的存在会使疏水的界面出现超疏水的现象,其粘附力会更低,比如荷叶的表面。如下图中,上面的是疏水高粘附,下面是疏水低粘附的界面,然而这时由水与界面的接触面积决定的,接触面积越大,其粘附力越大,否则会越小。这是在化学性质相同时,从微结构的角度考虑的粘附力。这种疏水高粘附是与平整的高粘附界面相互比较来说的,然而其是否一定比亲水的物质粘附力大未曾可知。疏水高粘附和疏水低粘附表面下面我们来分析皮肤的结构。皮肤的结构如下图所示:皮肤结构示意图从上图可以看出,与水接触的部分为角质层。其角质层的组成为:角质层:由数层角化细胞组成,含有角蛋白。它能抵抗摩擦,防止体液外渗和化学物质内侵。角蛋白吸水力较强,一般含水量不低于10%,以维持皮肤的柔润,如低于此值,皮肤则干燥,出现鳞屑或皲裂。由于部位不同,其厚度差异甚大,如眼睑、包皮、额部、腹部、肘窝等部位较薄,掌、跖部位最厚。下面我们来看角蛋白的组成。角蛋白是构成生皮表皮、毛皮毛囊的主要蛋白质。角蛋白含有较高的半胱氨酸,半胱氨酸的交联是角蛋白的主要交联结构,角蛋白的物理和化学性质主要与该交联结构相关。下面看半胱氨酸的亲疏水性:上图可以看出,半胱氨酸是亲水性的氨基酸,其形成的角蛋白是亲水的,所以皮肤的表层中的角蛋白是亲水的,所以皮肤表层是亲水的。由于对皮肤这块知识个人知识有限,且不管这种推测是否正确,直接用手做实验吧,请看下图水在皮肤表面的接触角。至少从结果上看,接触角是小于90度的,其是亲水的。皮肤表面的亲水性这种亲水的表面,再加上皮肤表面上的毛发等不平的结构,使水在皮肤表面上的粘附力较大,所以可以粘附较多的水,不至于在重力的作用下流失。然而,并不是只有亲水的表面会出现这种现象。对于疏水的表面,也会有,只不过可能会较少一点,这个也和界面的粗糙度和其化学不均匀性形成的接触角粘滞具有很大的关系。只要不是像荷叶那样的超疏水界面,只要是界面不是绝对光滑和化学性质均匀,都会有部分水粘附到固体表面上。物质有亲水和疏水之分。把玻璃,金属等浸入水中,再拿出来,表面容易粘附上水,是由于这些材料是亲水材料,表面亲水的原因。把蜡烛,聚四氟乙烯等塑料浸入水中,再拿出来,表面上没有或者只有极少的水,是由于这些材料是疏水材料,表面疏水的原因。不粘锅,荷叶表面的水滴就是这个现象。手上的皮肤是亲水的,所以会粘附上水。这部分在粘附力的作用下,可以抵抗重力,而保留在手上。

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